Корице уџбеника

III.14. Разлика Квадрата

Изабери решење задатка:

Задатак 5

Кратко решење

Посматрамо слику 14.2: Велики квадрат има страницу \( x \), па је његова површина \( P_1 = x^2 \). Мањи квадрат који се одузима има страницу \( y \), па је његова површина \( P_2 = y^2 \). Разлика површина је \( P_1 - P_2 = x^2 - y^2 \). Ова разлика се састоји од два правоугаоника: Плави правоугаоник: \( P_{plavi} = x \cdot (x - y) \) Розе правоугаоник: \( P_{roze} = y \cdot (x - y) \) Укупна површина је: \( P = x \cdot (x - y) + y \cdot (x - y) \) \( P = (x + y) \cdot (x - y) \) Изједначавањем два начина израчунавања исте површине добијамо: \( x^2 - y^2 = (x + y) \cdot (x - y) \)

Детаљно решење

Да бисмо објаснили геометријско значење формуле за разлику квадрата, посматраћемо површине фигура приказаних на слици 14.2.

Корак 1: Анализа почетне фигуре

На слици је приказан квадрат странице \( x \). Његова површина износи \( P_{kvadrata} = x^2 \). Из овог већег квадрата исечен је мањи квадрат странице \( y \) (бели квадрат у доњем левом углу). Површина тог мањег квадрата је \( y^2 \). Остатак фигуре, који се састоји од плавог и розе правоугаоника, представља разлику њихових површина, односно \( x^2 - y^2 \).

Корак 2: Одређивање димензија преосталих делова

Посматрајмо преостала два правоугаоника: - Плави правоугаоник на врху има дужину \( x \) и ширину \( x - y \). - Розе правоугаоник са десне стране има дужину \( y \) и ширину \( x - y \).

Корак 3: Израчунавање површине као збира делова

Укупна површина преосталог дела фигуре је збир површина ова два правоугаоника. Можемо их замислити како су спојени дуж странице која је заједничка или их једноставно сабрати: \[ P = x \cdot (x - y) + y \cdot (x - y) \] Користећи дистрибутивни закон (извлачење заједничког чиниоца \( x - y \) испред заграде), добијамо: \[ P = (x + y) \cdot (x - y) \]

Корак 4: Закључак

Пошто оба израза представљају исту површину (велики квадрат без малог), закључујемо да је: \[ x^2 - y^2 = (x + y) \cdot (x - y) \] Ово геометријски потврђује формулу за разлику квадрата.

Кратак запис решења:

\( P_{veliki} = x^2 \), \( P_{mali} = y^2 \) \( P_{ostatak} = x^2 - y^2 \) Остатак чине два правоугаоника: \( P_{plavi} = x(x - y) \) \( P_{roze} = y(x - y) \) \( P_{ukupno} = x(x - y) + y(x - y) = (x + y)(x - y) \) Отуда је \( x^2 - y^2 = (x + y)(x - y) \).

Најважније из лекције

Формула за разлику квадрата гласи: \( A^2 - B^2 = (A + B)(A - B) \).
Овај идентитет је универзалан и применљив на бројеве, мономе и полиноме. Користи се за поједностављивање израза, претварање збира/разлике у производ (растављање на чиниоце) или за брже рачунање вредности нумеричких израза.
Пример растављања: \( 16a^2 - 9 = (4a)^2 - 3^2 = (4a - 3)(4a + 3) \).
Пример множења: \( (x - 5y)(x + 5y) = x^2 - (5y)^2 = x^2 - 25y^2 \).
Разлика квадрата два израза (монома, полинома или бројева) једнака је производу њиховог збира и њихове разлике.
\[ A^2 - B^2 = (A + B)(A - B) \]
Ово правило важи јер се множењем бинома \( (A + B) \) и \( (A - B) \) средњи чланови поништавају: \[ (A + B)(A - B) = A \cdot A - A \cdot B + B \cdot A - B \cdot B = A^2 - AB + AB - B^2 = A^2 - B^2 \]
Квадрат негативног израза даје позитиван резултат, па важи: \( (-M)^2 - N^2 = M^2 - N^2 = (M + N)(M - N) \).
Пример растављања на чиниоце:
\( 25x^2 - y^2 = (5x)^2 - y^2 = (5x + y)(5x - y) \)
Геометријски посматрано, разлика квадрата \( a^2 - b^2 \) (за \( a > b \)) представља површину која остане када се из великог квадрата странице \( a \) исече мањи квадрат странице \( b \).
Квадрат странице a унутар којег се у једном углу налази мањи квадрат странице b. Преостала површина, која представља a² - b², визуелно је подељена на два подударна правоугла трапеза са основицама a и b, и висином a-b. Спајањем ових трапеза добија се правоугаоник површине (a+b)(a-b).
Збир површина ових делова потврђује алгебарски идентитет \( a^2 - b^2 = (a+b)(a-b) \).
Формула за разлику квадрата се често користи у оба смера: за претварање производа у разлику (чиме се олакшава множење) и за претварање разлике у производ (растављање на чиниоце).
Олакшано рачунање: Множење бројева који су симетрично удаљени од неке десетице или стотине.
Пример: \( 102 \cdot 98 = (100 + 2)(100 - 2) = 100^2 - 2^2 = 10000 - 4 = 9996 \)
Представљање производа као разлике квадрата: Када множимо збир и разлику истих монома.
Пример: \( (2x + 7)(2x - 7) = (2x)^2 - 7^2 = 4x^2 - 49 \)

Задаци за вежбање

Лак: Представи следећи производ као разлику квадрата у сређеном облику: \[ (3x^2 + y^3)(3x^2 - y^3) \]
Примењујемо формулу \( (A+B)(A-B) = A^2 - B^2 \):
\( (3x^2 + y^3)(3x^2 - y^3) = (3x^2)^2 - (y^3)^2 \)
\( = 9x^4 - y^6 \)
Средњи: Растави на чиниоце следећи израз: \[ \frac{1}{4}m^2 - 0,81n^2 \]
Прво записујемо сваки члан као квадрат монома:
\( \frac{1}{4}m^2 = \left(\frac{1}{2}m\right)^2 \)
\( 0,81n^2 = (0,9n)^2 \)
Сада примењујемо формулу за разлику квадрата:
\( \left(\frac{1}{2}m\right)^2 - (0,9n)^2 = \left(\frac{1}{2}m + 0,9n\right)\left(\frac{1}{2}m - 0,9n\right) \)
Средњи: Применом формуле за разлику квадрата брзо израчунај: \[ 93^2 - 83^2 \]
Уместо да квадрирамо сваки број појединачно, користимо формулу:
\( 93^2 - 83^2 = (93 + 83)(93 - 83) \)
\( = 176 \cdot 10 \)
\( = 1760 \)
Тежак: Докажи да је разлика квадрата два узастопна непарна природна броја увек дељива са 8.
Нека су два узастопна непарна броја \( m \) и \( n \) (где је \( m > n \)). Сваки непаран број се може записати у облику \( 2k+1 \) и \( 2k-1 \), где је \( k \) природан број.
Тада имамо:
\( m^2 - n^2 = (2k + 1)^2 - (2k - 1)^2 \)
Примењујемо разлику квадрата:
\( = ((2k + 1) + (2k - 1)) \cdot ((2k + 1) - (2k - 1)) \)
\( = (2k + 1 + 2k - 1) \cdot (2k + 1 - 2k + 1) \)
\( = (4k) \cdot (2) = 8k \)
Пошто се резултат може записати као \( 8 \cdot k \), израз је очигледно дељив са 8.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: